结型场效应管
结型场效应管p沟道的工作原理
结型场效应管p沟道的工作原理
摘要：
1.结型场效应管的简介
2.结型场效应管p 沟道的工作原理
3.结型场效应管p 沟道的应用
4.结型场效应管p 沟道的优缺点
正文：
结型场效应管是一种半导体器件，它利用多数载流子导电，故又称单极型半导体器件。
由于它仅有一个电极（基极），所以称为结型场效应管（junction,fet）。
场效应管的结构包括源极、漏极和栅极三部分。
源极是工作电流的来源；漏级为输入端；栅级为输出端，栅压的大小取决于输入电压的大小，通常由外加电压控制其通断状态。
结型场效应管p 沟道的工作原理主要是通过空穴的移动形成电流。
在p 沟道中，空穴是多数载流子，当栅极施加正向电压时，空穴被吸引到栅极附近，形成导电通道。
此时，源极的空穴流向漏极，形成电流。
当栅极电压为负时，空穴被排斥，导电通道消失，电流停止流动。
结型场效应管p 沟道广泛应用于放大电路、开关电路和振荡电路等。
例如，在放大电路中，结型场效应管可以作为放大元件，将输入信号的幅度放大；在开关电路中，结型场效应管可以作为开关元件，实现电路的通断；在振荡电路中，结型场效应管可以作为振荡元件，产生稳定的振荡信号。
结型场效应管(JFET)的结构和工作原理
结型场效应管(JFET)的结构和工作原理1. JFET的结构和符号N沟道JFET P沟道JFET2. 工作原理（以N沟道JFET为例）N沟道JFET工作时，必须在栅极和源极之间加一个负电压——V GS< 0，在D-S间加一个正电压——V DS>0.栅极—沟道间的PN结反偏，栅极电流i G≈0，栅极输入电阻很高（高达107Ω以上）。
N沟道中的多子（电子）由S向D运动，形成漏极电流i D。
i D的大小取决于V DS的大小和沟道电阻。
改变V GS可改变沟道电阻，从而改变i D。
主要讨论V GS对i D的控制作用以及V DS对i D的影响。
①栅源电压V GS对i D的控制作用当V GS＜0时，PN结反偏，耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，I D减小；V GS更负时，沟道更窄，I D更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，I D≈0。
这时所对应的栅源电压V GS称为夹断电压V P。
②漏源电压V DS对i D的影响在栅源间加电压V GS＜ 0 ，漏源间加正电压V DS > 0。
则因漏端耗尽层所受的反偏电压为V GD=V GS-V DS，比源端耗尽层所受的反偏电压V GS大,(如:V GS=-2V, V DS =3V, V P=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为V GD=-5V，源端耗尽层受反偏电压为-2V),使靠近漏端的耗尽层比源端宽，沟道比源端窄，故V DS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。
当V DS增加到使V GD=V GS-V DS =V P时，耗尽层在漏端靠拢,称为预夹断。
当V DS继续增加时，预夹断点下移，夹断区向源极方向延伸。
由于夹断处电阻很大，使V DS主要降落在该区，产生强电场力把未夹断区的载流子都拉至漏极，形成漏极电流I D。
预夹断后I D基本不随V DS增大而变化。
①V GS对沟道的控制作用当V GS＜0时，PN结反偏→耗尽层加厚→沟道变窄。
V GS继续减小，沟道继续变窄。
结型场效应管
P
O
VGS /V
若| VUS | 阻挡层宽度 耗尽层中负离子数
因VGS不变（G极正电荷量不变） 表面层中电子数 ID
根据衬底电压对ID的控制作用，又称U极为背栅极。
P沟道EMOS管
+VDS -
S +VGS- G
D
U
N+
P+
P+
D ID
U G
N
S
N沟道EMOS管与P沟道EMOS管工作原理相似。 不同之处：电路符号中的箭头方向相反。
VDS /V
转移特性曲线中,ID =0 时对应的VGS值,即开启电 压VGS（th） 。
衬底效应
集成电路中，许多MOS管做在同一衬底上，为保证U与S、D
之间PN结反偏，衬底应接电路最低电位（N沟道）或最高电
位（P沟道）。
- VD+S
U -VU+S S -VG+S G
D
P+
N+
N+
ID/mA VUS = 0
3.1 MOS场效应管
MOSFET
增强型（EMOS） N沟道（NMOS） P沟道（PMOS） N沟道（NMOS）
耗尽型（DMOS） P沟道（PMOS）
N沟道MOS管与P沟道MOS管工作原理相似，不 同之处仅在于它们形成电流的载流子性质不同，因 此导致加在各极上的电压极性相反。
3.1.1 增强型MOS场效应管
➢ NEMOS管输出特性曲线
非饱和区
ID/mA
沟道预夹断前对应的工作区。
VDS = VGS –VGS(th)
条件： VGS > VGS(th) V DS < VGS–VGS(th)
结型场效应管
晶体管工作在放大区时，输入回路 PN 结正偏，输入阻抗小， 且是一个电流控制的有源器件。
场效应管也是一种具有 PN 结的正向受控作用的有源器件， 它是利用电场效应来控制输出电流的大小，其输入端 PN 结一 般工作于反偏状态或绝缘状态。输入电阻很高。
场效应管根据结型场效应管 (JFET) 输入阻抗
沟道电阻 ID基本不变
4.1结型 场效应管
综上分析可知
• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。 • JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制 • 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。 P沟道JFET工作时，其电源极性与N沟道JFET 的电源极性相反。
4.1结型 场效应管
二、 JFET的特性曲线及参数
iD f ( vGS ) vD Sconst.
1. 转移特性
VP
vGS 2 iD I DSS (1 ) VP
(VP vGS 0)
2. 输出特性
iD f ( vDS ) vGSconst.
4.1结型 场效应管
输出特性
输出特性曲线表达以UGS为参变 量时iD与uDS的关系。根据特性曲线 的各部分特征,分为四个区域： 1)饱和区 饱和区区相当于双极型晶体管
的放大区。其主要特征为： uGS对iD的控制能力很强 ，uDS的变化对iD影响很小。 2）可变电阻区 与双极型晶体管不同，在JFET中，栅源电压uGS对iD上升的斜 率影响较大，随着|UGS|增大，曲线斜率变小，说明JFET的输出电 阻变大。 3） 截止区 当|UGS|>|UP|时，沟道被全部夹断，iD=0，故此区为截止区。
结型场效应管
结型场效应管结型场效应晶体管（JunctionField—EffectTransistor，JFET）JFET是在同一块N形半导体上制作两个高掺杂的P区，并将它们连接在一起，所引出的电极称为栅极g，N型半导体两端分别引出两个电极，分别称为漏极d，源极s。
结型场效应晶体管是一种具有放大功能的三端有源器件,是单极场效应管中最简单的一种,它可以分N沟道或者P沟道两种。
目录器件特点工作特性基本概念器件特点JFET的特点是：①是电压掌控器件，则不需要大的信号功率。
②是多数载流子导电的器件，是所谓单极晶体管，则无少子存储与扩散问题，速度高，噪音系数低；而且漏极电流Ids的温度关系决议于载流子迁移率的温度关系，则电流具有负的温度系数，器件具有自我保护的功能。
③输入端是反偏的p—n结,则输入阻抗大,便于匹配。
④输出阻抗也很大,呈现为恒流源，这与BJT大致相同。
⑤JFET一般是耗尽型的，但若采纳高阻衬底,也可得到加强型JFET（加强型JFET在高速、低功耗电路中很有应用价值）；但是一般只有短沟道的JFET才是能很好工作的加强型器件。
实际上，静电感应晶体管也就是一种短沟道的JFET。
⑥沟道是处在半导体内部，则沟道中的载流子不受半导体表面的影响，因此迁移率较高、噪声较低。
工作特性对于耗尽型的JFET，在平衡时（不加电压）时，沟道电阻最小；电压Vds和Vgs都可更改栅p—n结势垒的宽度，并因此更改沟道的长度和厚度（栅极电压使沟道厚度均匀变化，源漏电压使沟道厚度不均匀变化），使沟道电阻变化，从而导致Ids变化，以实现对输入信号的放大。
当Vds较低时，JFET的沟道呈现为电阻特性，是所谓电阻工作区，这时漏极电流基本上随着电压Vds的增大而线性上升，但漏极电流随着栅极电压Vgs的增大而平方式增大；进一步增大Vds时，沟道即首先在漏极一端被夹断，则漏极电流达到而饱和（饱和电流搜大小决议于没有被夹断的沟道的电阻），这就是JFET的饱和放大区，这时JFET呈现为一个恒流源。
结型场效应管p沟道的工作原理
结型场效应管p沟道的工作原理摘要：I.结型场效应管简介A.结型场效应管的定义B.结型场效应管的分类C.结型场效应管的特性参数II.P 沟道结型场效应管的工作原理A.结构组成B.工作原理1.栅极电压对沟道的影响2.源漏电流的产生3.导通与截止III.P 沟道结型场效应管的应用领域A.电子器件B.半导体器件C.集成电路正文：结型场效应管（Junction Field Effect Transistor, JFET）是一种利用半导体材料的电子运动方式来控制电流的半导体器件。
它具有高输入电阻、低噪声和低功耗等特点，被广泛应用于各种电子设备和电路中。
结型场效应管有N 沟道和P 沟道两种类型，其中P 沟道结型场效应管在实际应用中更为常见。
P 沟道结型场效应管的工作原理是利用栅极电压来调整沟道的导电状态，从而控制源漏电流。
当栅极电压施加正向电压时，栅极与源极之间的绝缘层中的电子将被吸引到源极，形成一个由源极指向栅极的电场。
这个电场会使得P 沟道中的空穴受到排斥，从而减少源漏电流。
反之，当栅极电压施加负向电压时，形成的电场会使得空穴被吸引到P 沟道中，增加源漏电流。
在实际应用中，P 沟道结型场效应管广泛应用于电压放大器、振荡器、信号处理器等电子设备和电路中。
由于P 沟道结型场效应管具有较高的输入电阻和较低的噪声，它可以有效地放大和处理信号，从而保证电子设备的稳定性和可靠性。
此外，P 沟道结型场效应管还具有较小的体积和较低的功耗，这使得它在便携式电子设备和节能电子设备中具有广泛的应用前景。
总之，P 沟道结型场效应管的工作原理以及其特性使得它在电子设备和电路中具有广泛的应用。
什么是结型场效应管
什么是结型场效应管场效应管是通过改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。
它不仅具有双极型三极管的体积小,重量轻,耗电少,寿命长等优点,而且还具有输入电阻高,热稳定性好,抗辐射能力强,噪声低,制造工艺简单,便于集成等特点.因而,在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用.根据结构和工作原理不同,场效应管可分为两大类: 结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET)。
在两个高掺杂的P区中间，夹着一层低掺杂的N区（N区一般做得很薄），形成了两个PN结。
在N区的两端各做一个欧姆接触电极，在两个P区上也做上欧姆电极，并把这两个P 区连起来，就构成了一个场效应管。
从N型区引出的两个电极分别为源极S和漏极D，从两个P区引出的电极叫栅极G，很薄的N区称为导电沟道。
结型场效应管分类：N沟道和P沟道两种。
如下图所示为N沟道管的结构和符号。
如右图所示为N沟道结型场效应管的结构示意图。
N沟道结型场效应管正常工作时，在漏-源之间加正向电压，形成漏极电流。
<0，耗尽层承受反向电压，既保证栅-源之间内阻很高，又实现对沟道电流的控制。
★=0时，对导电沟道的控制作用，如下图所示。
◆=0时，=0，耗尽层很窄，导电沟道很宽。
◆│增大时，耗尽层加宽，沟道变窄，沟道电阻增大。
◆│增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失，沟道电阻趋于无穷大，称此时的值为夹断电压。
★为~0中某一固定值时，对漏极电流的影响▲=0，由所确定的一定宽的导电沟道，但由于d-s间电压为零，多子不会产生定向移动，=0。
▲>0，有电流从漏极流向源极，从而使沟道各点与栅极间的电压不再相等，沿沟道从源极到漏极逐渐增大，造成靠近漏极一边的耗尽层比靠近源极一边的宽。
如下图（a）所示。
▲从零逐渐增大时，=- 逐渐减小，靠近漏极一边的导电沟道随之变窄。
电流随线性增大。
▲增大，使=，漏极一边耗尽层出现夹断区，称=为预夹断。
▲继续增大，<，夹断区加长。
结型场效应管
结型场效应管结型场效应管（JFET）是一种常用的场效应管。
它是由一对PN结构组成的，可以分为N型JFET和P型JFET两种类型。
JFET通常用作信号放大器或开关，具有高输入阻抗和低输出电阻等优点，在电子设备中得到广泛应用。
结构和工作原理JFET的结构包括了沟道和栅极，通常由半导体材料构成。
当增加栅极电压时，栅极和沟道之间的势垒宽度会发生变化，从而调节沟道中的载流子数量。
当栅极电压增加时，势垒减小，使得沟道中的载流子数量增加，从而增大导通电流；相反，当栅极电压减小时，势垒增加，导致导通电流减小。
因此，通过调节栅极电压，可以实现对JFET的控制。
N型JFETN型JFET的沟道是由N型半导体材料构成，栅极电压使沟道中的电荷密度发生变化。
当栅极与源极之间的电压为负值时，JFET处于截止状态，沟道截断，导通电流几乎为零；当栅极与源极之间的电压为正值时，JFET处于放大状态，沟道导通，导通电流增加。
P型JFETP型JFET的沟道是由P型半导体材料构成，与N型JFET相反，当栅极与源极之间的电压为负值时，P型JFET处于放大状态，沟道导通；当栅极与源极之间的电压为正值时，P型JFET处于截止状态，导通电流几乎为零。
应用领域JFET广泛应用于各种电子设备中，例如放大器、滤波器、振荡器和电压控制器等。
由于JFET具有高输入电阻和低输出电阻的特性，适合用作信号放大器。
此外，JFET还可以作为电子开关，用于控制电路的通断或信号的调节。
结型场效应管是一种重要的场效应管，在电子技术领域具有重要的应用价值。
通过对JFET的结构和工作原理进行深入了解，可以更好地应用它在电子设备中，实现各种功能的设计和控制。
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结型场效应管
场效应管
场效应管（Fjeld
Effect Transistor简
称FET ）是利用电
场效应来控制半导
体中电流的一种半
导体器件，故因此
而得名。
场效应管
是一种电压控制器
件，只依靠一种载
流子参与导电，故
又称为单极型晶体
管。
与双极型晶体三极管相比，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗小、制造工艺简单和便于集成化等优点。
场效应管有两大类，结型场效应管JFET和绝缘栅型场效应管IGFET，后者性能更为优越，发展迅速，应用广泛。
图Z0121 为场效应管的类型及图形、符号。
一、结构与分类
图Z0122为N沟道结型场效应管结构示意图和它的图形、符号。
它是在同一块N型硅片的两侧分别制作掺杂浓度较高的P型区（用P+表示），形成两个对称的PN结，将两个P区的引出线连在一起作为一个电极，称为栅极（g），在N型硅片两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。
在形成PN结过程中，由于P+区是重掺杂区，所以N一区侧的空间电荷层宽度远大二、工作原理
N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，只是偏置电压的极性和载流子的类型不同而已。
下面以N沟道结型场效应管为例来分析其工作原理。
电路如图Z0123所示。
由于栅源间加反向电压，所以两侧PN结均处于反向偏置，栅源电流几乎为零。
漏源之间加正向电压使N型半导体中的多数载流子-电子由源极出发，经过沟道到达漏极形成漏极电流I D。
1．栅源电压U GS对导电沟道的影响（设U DS＝0）
在图Z0123所示电路中，U GS＜0，两个PN结处于反向偏置，耗尽层有一定宽度，I D=0。
若|U GS| 增大，耗尽层变宽，沟道被压缩，截面积减小，沟道电阻增大；若|U GS| 减小，耗尽层变窄，沟道变宽，电阻减小。
这表明U GS控制着漏源之间的导电沟道。
当U GS负值增加到某一数值V P时，两边耗尽层合拢，整个沟道被耗尽层完全夹断。
（V P称为夹断电压）此时，漏源之间的电阻趋于无穷大。
管子处于截止状态，I D＝0。
2．漏源电压U GS对漏极电流ID的影响（设U GS＝0）
当U GS＝0时，显然I D＝0；当U DS＞0且尚小对，P+N结因加反向电压，使耗尽层具有一定宽度，但宽度上下不均匀，这是由于漏源之间的导电沟道具有一定电阻，因而漏源电压U DS沿沟道递降，造成漏端电位高于源端电位，使近漏端PN结上的反向偏压大于近源端，因而近漏端耗尽层宽度大于近源端。
显然，在U DS较小时，沟道呈现一定电阻，I D随U DS成线性规律变化（如图Z0124曲线OA段）；若U GS再继续增大，耗尽层也随之增宽，导电沟道相应变窄，尤其是近漏端更加明显。
由于沟道电阻的增大，I D增长变慢了（如图曲线AB段），当U DS增大到等于|V P|时，沟道在近漏端首先发生耗尽层相碰的现象。
这种状态称为预夹断。
这时管子并不截止，因为漏源两极间的场强已足够大，完全可以把向漏极漂移的全部电子吸引过去形成漏极饱和电流I DSS （这种情况如曲线B点）：当U DS＞|V P|再增加时，耗尽层从近漏端开始沿沟道加长它的接触部分，形成夹断区。
由于耗尽层的电阻比沟道电阻大得多，所以比|V P|大的那部分电压基本上降在夹断区上，使夹断区形成很强的电场，它完全可以把沟道中向漏极漂移的电子拉向漏极，形成漏极电流。
因为未被夹断的沟道上的电压基本保持不变，于是向漏极方向漂移的电子也基本保持不
变，管子呈恒流特性（如曲线
BC段）。
但是，如果再增加U DS达到B U DS时（B U DS称为击穿电压）进入夹断区的电子将被
强电场加速而获得很大的动能，这些电子和夹断区内的原子碰撞发生链锁反应，产生大量的新生载流予，使I D急剧增加而出现击穿现象（如曲线CD段）。
由此可见，结型场效应管的漏极电流I D受U GS和U DS的双重控制。
这种电压的控制作用，是场效应管具有放大作用的基础。
三、特性曲线
1．输出特性曲线
输出特性曲线是栅源电压U GS取不同定值时，漏极电流I D随漏源电压U DS变化的一簇关系曲线，如图Z0124所示。
由图可知，各条曲线有共同的变化规律。
U GS越负，曲线越向下移动）这是因为对于相同的U DS，U GS越负，耗尽层越宽，导电沟道越窄，I D越小。
由图还可看出，输出特性可分为三个区域即可变电阻区、恒流区和击穿区。
"
◆可变电阻区：预夹断以前的区域。
其特点是，当0＜U DS＜|V P|时，I D几乎与U DS呈线性关系增长，U GS愈负，曲线上升斜率愈小。
在此区域内，场效应管等效为一个受U GS控制的可变电阻。
◆恒流区：图中两条虚线之间的部分。
其特点是，当U DS＞|V P|时，I D几乎不随U DS变化，保持某一恒定值。
I D的大小只受
U GS的控制，两者变量之间近乎成线性关系，所以该区域又称线性放大区。
◆击穿区：右侧虚线以右之区域。
此区域内U DS＞B U DS，管子被击穿，I D随U DS的增加而急剧增加。
2．转移特性曲线
当U DS一定时，I D与U GS之间的关系曲线称为转移特性曲线。
实验表明，当U DS＞|V P|后，即恒流区内，I D受U DS影响甚小，所以转移特性通常只画一条。
在工程计算中，与恒流区相对应的转移特性可以近似地用下式表示：
式GS0127中V P≤U GS≤0，I DSS是U GS＝0时的漏极饱和电流。